钢结构课程设计钢屋架设计书.doc

钢屋架设计书 姓 名 周 亚 男 学 号 3041212234 学 院 水 建 院 专 业 土 木 工 程 指导教师 吴 英 总 分 2016 届钢结构课程设计 塔里木大学教务处制 目录 一 设计资料 1 二 屋架尺寸及结构形式与选型 2 三 荷载计算 3 1 永久荷载 3 2 可变荷载 3 3 内力计算 4 3 荷载组合 6 四 节点荷载 6 五 杆件设计 6 1 上弦杆 8 2 下弦杆 9 3 斜腹杆 9 六 节点设计 13 1 屋脊节点 g 13 2 下弦节点 c 14 3 上弦节点 b 15 4 支座节点 a 16 5 参考资料 18 6 致谢 19 附录 钢屋架施工图 第 0 页 梯形钢屋架课程设计计算书 一 设计资料 1 屋面坡度 1 10 2 屋车间柱网布置 长度 90m 柱距 6m 跨度 18m 3 面材料 预应力大型屋面板 4 荷载 1 永久荷载 屋面 sbc 防水层 0 4kn m 水泥砂浆找平层 0 4kn m 保温层 0 45kn m 一毡二油隔气层 0 05kn m 水泥砂浆找平层 0 3kn m 预应力大型屋面板 1 45kn m 屋架及支撑自重 0 318kn m 2 可变荷载 积灰荷载标准值 1 3kn m2 屋面活荷载标准值 0 7kn m 3 材 质 q235 钢 焊条 e43 型 手工焊 5 基本要求 1 据给定要求设计单跨厂房钢屋盖 设计时间规定为一周 设计内容包括支撑布 置 屋架设计就 要有完整的设计计算书一份 a4 纸打印 和屋架施工图一张 a0 图纸 打印 2 单跨厂房钢屋盖具体设计内容要求 屋架形式 梯形屋架 屋架跨 18m 屋架间距 6m 厂房长度 90m 3 其他资料 屋架支撑于钢筋混凝土柱上 钢筋混凝土强度等级为 c30 梯形屋架采用 1 5 6m 地区计算温度高于 200c 无侵蚀性介质 地震设防烈度为 8 度 屋架下弦标高为 18m 厂房内桥式吊车为 2 台 150 30t 中级工作制 屋架跨度为每端支座中线缩进 150 则屋架的计算跨度mm mmll1770030018000300 0 第 1 页 二 结构形式与选型 a 18 米跨屋架几何尺寸 1 9 9 0 1350 2 2 9 0 2 5 9 0 2 8 9 0 261 3 286 4 312 4 253 0 286 4 312 4 1507 5 1507 5 1507 5 1507 51507 51507 5 150 a a ceg b c df g b 18 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值 a a 3 470 0 000 6 221 8 993 9 102 9 102 6 5 02 3 3 82 0 6 90 0 4 62 4 7 39 1 8 84 0 4 62 1 0 1 0 0 8 1 2 0 5 7 962 9 279 9 279 ce g b c d e f g0 5 1 0 1 0 1 01 0 1 0 1 0 第 2 页 c 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力系数 a aceg e c a 2 537 0 000 4 371 5 636 4 551 3 357 1 8500 00 4 7 54 1 8 62 0 6 15 1 1 70 1 3 44 1 5 81 3 1 58 0 5 40 1 6 32 1 30 5 1 52 0 1 7 48 1 0 1 0 0 4 0 6 0 0 0 0 0 0 0 5 5 325 5 312 3 967 2 637 0 933 b c d e f g f e d c b a 0 5 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 屋架各杆件的几何尺寸 1 9 9 0 1350 2 2 9 0 2 5 9 0 2 8 9 0 261 3 28 64 31 24 253 0 28 64 312 4 1507 5 1507 5 1507 5 1507 51507 51507 5 150 a a ceg b c df g 第 3 页 全跨荷载作用下屋架各杆件内力组合值 内力系数 f 1 内力值 kn 杆件 左半跨右半跨左半跨右半跨 ab0 0000 0000 0000 000 bc 6 221 6 221 380 91 380 91 cd 6 221 6 221 380 91 380 91 de 8 993 8 993 559 64 559 64 ef 8 993 8 993 559 64 559 64 上 弦 fg 9 102 9 102 557 32 557 32 ac 3 470 3 470 212 47 212 47 ce 7 962 7 962 487 51 487 51 下 弦 eg 9 279 9 279 568 15 568 15 ab 6 502 6 502 398 12 398 12 bc 4 739 4 739 290 17 290 17 cd 3 382 3 382 207 08 207 08 de 1 884 1 884 115 36 115 36 ef 0 690 0 690 42 25 42 25 斜 腹 杆 fg 0 462 0 462 28 29 28 29 aa 0 500 0 500 30 62 30 62 cc 1 000 1 000 61 23 61 23 ee 1 000 1 000 61 23 61 23 竖 杆 gg 0 812 49 72 49 72 三 支撑布置 厂房长度为 故仅在房屋两端部开间设置上 下弦横向水平支撑和屋架两端及90m 跨中三处设置垂直支撑 其他屋架则在垂直支撑处分别于上 下弦设置三道系杆 其中 屋脊和两支座处为刚性系杆 其余为柔性系杆 第 4 页 上玄支撑布置图 下玄支撑布置图 第 5 页 屋架垂直支撑图 四 屋架节点荷载 屋面坡度较小 故对所有荷载均按水平投影面计算 风荷载为风吸力 且本设计为 屋盖 故不考虑 1 永久荷载 屋面 sbc 防水层 0 4kn m 水泥砂浆找平层 0 4kn m 保温层 0 45kn m 一毡二油隔气层 0 05kn m 水泥砂浆找平层 0 3kn m 预应力大型屋面板 1 45kn m 屋架和支撑自重 0 12 0 011 18 0 3kn m 合计 2 3683mkn 2 可变荷载 积灰荷载标准值 1 3kn m2 屋面活荷载标准值 0 7kn m 合计 2 02mkn 3 荷载的组合 荷载组合按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算 对跨中部分斜腹杆因半跨荷载可能 产生的内力变号 采取将跨度中央每侧各两斜腹杆 图中杆 均按压杆控制gghhif 第 6 页 长细比 故不再考虑半跨荷载作用的组合 由可变荷载效应控制的内力组合计算 永久荷载 g 1 2 屋面活荷载 q1 1 4 屋面积灰荷载 q2 1 40 9 2 节点荷载设计值 kn f40596513190417041368321 由永久荷载效应控制的内力组合计算 取永久荷载 g 1 35 屋面活荷载 q11 1 40 7 屋面积灰荷载 q2 1 40 9 2 节点荷载设计值为 kn f23616513190417070413683351 故应取节点荷载设计值knf23 61 用力学求解器求得各杆件力学系数 a a 3 470 0 000 6 221 8 993 9 102 9 102 6 5 02 3 3 82 0 6 90 0 4 62 4 7 39 1 8 84 0 4 62 1 0 1 0 0 8 1 2 0 5 7 962 9 279 9 279 ce g b c d e f g0 5 1 0 1 0 1 01 0 1 0 1 0 五 杆件截面选择 按腹杆最大内力 查表钢 选中间节点板knnab12 398 502 6 23 61 7 6 厚度为 支座节点板厚度为 mm10mm12 第 7 页 1 上弦杆 整个上弦杆采用等截面 按最大内力计算 knnfg32 557 102 9 23 61 cml x 75 150 0 cml y 5 301 0 假定 查附表 1 2 50 cm856 0 则cm f n areq00 21 10310856 0 1032 557 2 3 cm l i x xreq 02 3 50 75 150 0 cm l i y yreq 03 6 50 5 301 0 由附表 10 选用 2 l110 70 8 短肢相并 2 88 2794 132acm cmix98 1 cmiy34 5 截面验算 满足 150 1 76 98 1 75 150 0 x x x i l 满足 15046 56 34 5 5 301 0 y y y i l 双角钢 t 形截面绕对称轴 y 轴 应按弯扭屈曲计算换算长细比 yz 则34 15 11 5 30156 0 56 0 75 13 8 110 1 0 1 b l t b y xyyz 故取 查附表 1 2 1 76 max x 698 0 满足 2 2 3 31040 286 1034 34698 0 1032 557 a n mmnf 第 8 页 2 下弦杆 整个下弦杆采用等截面 按最大内力计算 knnge15 568 279 9 23 61 cml x 300 0 cm l l y 885 2 0 0 2 2 3 33 18 10310 1015 568 cm f n anreq 由附表 10 选用 2 l110 70 6 短肢相并 2 28 2164 102acm cmix01 2 cmiy36 5 满足 350 3 149 01 2 300 0 x x x i l 满足 350165 36 5 885 0 y y y i l 满足 2 2 3 31099 266 1028 21 1015 568n mmnf an 3 腹杆 杆 ab knnab12 398 502 6 23 61 cmlll yx 0 253 00 假定 查附表 1 2 100 555 0 2 2 3 14 23 10310555 0 1012 398 cm f n a 由附表 10 选用 2 l125 80 8 长肢相并 第 9 页 2 98 3199 152acm cmix28 2 cmiy20 3 满足 150111 28 2 253 0 x x x i l 满足 15079 20 3 253 0 y y y i l 故由 查附表 1 2 得111 x 487 0 满足 2 2 3 31063 255 1098 31487 0 1012 398 a n mmnf 杆 bc knnbc17 290 739 4 23 61 cmllcmll yx 3 261 4 209 3 2618 08 0 00 2 2 3 4 9 10310 1017 290 cm f n a 选用 2 查附表 9 563 2 n a2 6 1412 28cm x i1 94cm cmiy97 2 满足 350 8 107 94 1 4 209 0 x x x i l 满足 35088 97 2 3 261 0 y y y i l 满足 2 2 3 3103 236 1028 12 1017 290n mmnf an 杆 cd knncd08 207 382 3 23 61 cmll x 1 229 4 2868 08 0 0 cmll y 4 286 0 假定 查附表 1 2 100 555 0 2 2 3 04 12 10310555 0 1008 207 cm f n a 第 10 页 选用 2 63 8 查附表 9 2 04 1952 9 2acm cmix90 1 cmiy02 3 满足 150121 90 1 1 229 0 x x x i l 满足 15095 02 3 4 286 0 y y y i l 故由 查附表 1 2 得121 max x 432 0 满足 22 2 3 310 55 205 1032 23432 0 1008 207 a n mmnfmmn 杆 de knnde36 115 884 1 32 61 cmll x 1 229 4 2868 08 0 0 cmll y 4 286 0 2 2 3 7 3 10310 1036 115 cm f n a 选用 则 256 5 2 a10 84cm x i1 72cm cmiy69 2 满足350 2 133 72 1 1 229 0 x x x i l 满足350 5 106 69 2 4 286 0 y y y i l 满足 2 2 3 31042 106 1084 10 1036 115 a n mmnf 杆 ef knnde62 42 696 0 32 61 cmll x 250 4 3128 08 0 0 cmll y 4 312 0 假定 查附表 1 2 100 555 0 2 2 3 5 2 10310555 0 1062 42 cm f n a 第 11 页 选用 2 查附表 9 563 2 n a2 6 1412 28cm x i1 94cm cmiy97 2 满足150 9 128 94 1 250 x 满足 150 6 105 97 2 4 312 0 y y y i l 故由 查附表 1 2 得9 128 max x 392 0 满足 22 2 3 310 54 88 1028 12392 0 1062 42 a n mmnfmmn gg 杆 knnde72 49 812 0 32 61 cmll 1 2602899 09 0 0 选用 2 十字相连 查附表 9 563 2 n a2 6 1412 28cm cmix45 2 0 满足350 2 106 45 2 1 260 0 0 0 x x i l 满足 22 2 3 310 49 40 1028 12 1072 49n mmnfmmn an 杆 ccee 其内力值大小相同 选用长细比较knnn eecc 23 61 0 1 23 61 大的竖杆进行设计 则可保证其它竖杆的安全可靠性 内力较knnee23 61 cmllcmll yx 259 2 2072598 08 0 00 小 用 则 256 5 2 a10 84cm x i1 72cm 69 2 y i 满足 150 5 120 72 1 2 207 0 x x x i l 满足 150 3 96 69 2 259 0 y y y i l 故由 查附表 1 2 得5 120 max x 437 0 第 12 页 满足 2 2 3 310179 1084 10322 0 1053 62 a n mmnf aa 杆 knnab62 30 5 0 23 61 根据布置螺栓的要求 端竖杆最小应当选用 的角钢 采用十字行截面 263 5 2 a12 28mm cmix45 2 0 端竖杆 aacml x 1 1791999 0 0 满足150 1 73 45 2 1 179 xo o xo i l 故 查附表 1 2 得 1 73 0max x 732 0 满足 2 2 3 31006 34 1028 12732 0 1026 30 a n mmnf 六 节点设计 1 屋脊节点 竖杆 gg 杆端焊缝按构造取和为和 上弦与节点板的连接缝 角钢肢背 f h w l5mm80mm 采用塞焊缝 并假定仅承受屋面板传来的集中荷载 一般可不作计算 角钢肢尖焊缝应取 上弦内力的进行计算 即 15 kn60 8332 55715 0 n15 0 n 其产生的偏心矩mmnne 5852000701060 83m 3 现取节点板尺寸如图所示 第 13 页 设肢尖焊脚尺寸 则焊缝计算长度 验算肢尖焊mmhf6 2 mmlw183562200 2 缝强度 满足 22 2 3 2 2 2 2 22 2 2 22 200 87 115 18367 02 1060 83 18367 0222 1 58520006 7 02 7 02 6 mmnfmmn lh n lh m w f wfwff 拼接角钢采用与上弦相同截面 热弯成型 拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力 计算 设角焊缝焊脚尺寸mmthf82102 则接头一侧需要的焊缝计算长度 mm fh n l w ff w 40 124 20087 04 1032 557 7 04 3 拼接角钢的总长度 取mmahll fw 8 308 90 10 1 210 8240 124 2 2 2 mml350 拼接角钢竖肢需切去的高度 取 即坚mmht f 2358105 mm25 肢余留高度为 45mm 2 下弦拼接节点 拼接角钢采用与下弦相同的截面 拼接角钢一侧的焊缝长度按与杆件等强设计 设角焊缝焊脚尺寸 则接头一侧需要的焊缝计算长度为mmthf6 第 14 页 mm fh f l w ff w 3 196 20067 04 3101028 21 7 04 a 2 拼接角钢的总长度 mmahll fw 6 42610 62 3 196 2 2 2 取 拼接角钢水平肢较宽 故采用斜切 不但便于焊接 且可增加焊缝长mml430 度 水平肢上的安装螺栓孔 待屋架拼装完后可用于连接屋架下弦横向水平支撑 竖肢因 切肢后余留高度较小 不设安装螺栓 拼接角钢竖肢需切去的高度 mmht f 175665 取 即坚肢余留高度为 50mm mm20 取两斜腹杆杆端至节点中心距离为 230mm 竖杆杆端至节点中心的距离为 90mm 节点板按 布置腹杆杆端焊缝需要 采用 38012330 3 上弦节点 b 为便于放大型屋面板 弦杆与节点板连接焊缝验算内缩 7mm 做塞焊缝 此时 承受集中力 f 61 23kn 则所需塞焊缝长度为 mm t hf5 2 10 2 mm6774102 1605702 102361 2 702 3 h fh f l f w ff w 弦杆枝尖与节点板的连接焊缝计算 承担弦杆内力差 及偏心弯矩kn kn 取 则 mm19 09kn0 03318 14e nmmmhf7 2 3 2 mmn3486 143907702 1014318 702 lh n wf f 第 15 页 2 2 6 2 2 mmn6782 3767702 1009196 702 6 lh m wf f 2222 2 2 160mmn761093486 221 6782 mm nf f f f w f 4 支座节点 根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝 节点板采用 为便于施焊 取底板上44014380 表面至下弦轴线的距离为 160mm 且在支座中线处设加劲肋 90 10 高度与节点板相 亦为 440mm 底板计算 支座反力knfr38 36723 6166 根据构造要求 取底板尺寸为 锚栓采用 并用图示 u 形缺 280mm380mm 2m24 口 柱采用 c30 混凝土 2 314mm n fc 作用于板底的压应力为 满足 22 3 3 14 83 6 280190 1038 367 pmmnfmmn a r c 底板被节点板和加劲肋分成 4 块两相邻边支承板 22 1 12 a 140 90161 42mm 2 1 90 140